(57)【要約】  本発明は、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する装置に関する。或る期間の間、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を提供すること（２１０）が記載されている。その期間の間、時間変動するＸ線管電流も提供される（２２０）。時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積が決定される（２３０）。Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルが、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積の関数として、及びＸ線管の電圧の関数として決定される（２５０）。
2019502436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する装置であって、前記装置は、
入力ユニットと、
処理ユニットと
を備え、前記入力ユニットは、或る期間の間、前記Ｘ線管の時間変動する加速電圧を前記処理ユニットに提供し、前記時間変動する加速電圧は、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解する時間サンプリング周波数で提供され、
前記入力ユニットは、前記期間の間、時間変動するＸ線管電流を前記処理ユニットに提供し、前記時間変動するＸ線管電流は、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解する時間サンプリング周波数で提供され、
前記処理ユニットは、前記時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積を決定し、
前記処理ユニットは、前記Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを、前記時間変動するＸ線管電流と前記時間間隔との前記少なくとも１つの積の関数として、及び前記Ｘ線管の前記時間変動する加速電圧の関数として決定する、
装置。
【請求項２】
前記時間変動する加速電圧及び／又は前記時間変動するＸ線管電流が、モデル化に基づいて決定される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記時間変動する加速電圧及び／又は前記時間変動するＸ線管電流が、相関関係を有する量を測定することによって導き出される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記時間間隔にわたって、前記時間変動するＸ線管電流が離散値を有し、前記時間間隔にわたって、前記時間変動する加速電圧が離散値を有し、前記少なくとも１つの積が、前記Ｘ線管電流の離散値と前記時間間隔との積として決定され、この積が、前記加速電圧の離散値と関係づけられる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記処理ユニットが、前記時間変動するＸ線管電流と前記時間間隔との前記少なくとも１つの積のヒストグラムを、前記Ｘ線管の電圧の関数として決定し、前記処理ユニットが、前記実効エネルギー・スペクトルを、前記ヒストグラムの関数として決定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記処理ユニットが、前記Ｘ線管の前記実効エネルギー・スペクトルを、Ｘ線管スペクトル関数の関数として決定する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記入力ユニットが、前記Ｘ線管から発生したＸ線を利用して取得期間にわたって取得された物体のＸ線画像データを前記処理ユニットに提供し、
前記処理ユニットが、前記Ｘ線画像データの前記取得期間の間の前記Ｘ線管の前記実効エネルギー・スペクトルを決定し、
前記処理ユニットが、少なくとも１つの物体関係量を、前記Ｘ線画像データの関数として、及び前記実効エネルギー・スペクトルの関数として決定する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定するシステムであって、前記システムは、
Ｘ線管を備える画像取得ユニットと、
電圧取得ユニットと、
電流取得ユニットと、
Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置と、
出力ユニットと
を備え、
前記画像取得ユニットは、物体の前記Ｘ線画像データを前記入力ユニットに提供し、前記Ｘ線画像データは、取得時間にわたって取得され、
前記電圧取得ユニットは、前記Ｘ線画像データの前記取得時間中、前記Ｘ線管の時間変動する加速電圧を前記入力ユニットに提供し、
前記電流取得ユニットは、前記Ｘ線画像データの前記取得時間中、時間変動するＸ線管電流を前記入力ユニットに提供し、
前記装置は、前記Ｘ線画像データの前記取得時間の間、前記Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定し、
前記処理ユニットは、少なくとも１つの物体関係量を、前記Ｘ線画像データの関数として、及び前記実効エネルギー・スペクトルの関数として決定し、
前記出力ユニットは、前記物体関係量を表すデータを出力する、
システム。
【請求項９】
Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する方法であって、前記方法は、
ａ）或る期間の間、前記Ｘ線管の時間変動する加速電圧を提供するステップであって、前記時間変動する加速電圧は、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解する時間サンプリング周波数で提供される、ステップと、
ｂ）前記期間の間、時間変動するＸ線管電流を提供するステップであって、前記時間変動するＸ線管電流は、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解する時間サンプリング周波数で提供される、ステップと、
ｃ）前記時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積を決定するステップと、
ｅ）前記Ｘ線管の前記実効エネルギー・スペクトルを、前記時間変動するＸ線管電流と前記時間間隔との前記少なくとも１つの積の関数として、及び前記Ｘ線管の電圧の関数として決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定する方法であって、前記方法は、
ａ）物体のＸ線画像データを提供するステップであって、前記Ｘ線画像データは、取得時間にわたって取得される、ステップと、
ｂ）前記Ｘ線画像データの前記取得時間中、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を提供するステップであって、前記時間変動する加速電圧は、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解する時間サンプリング周波数で提供される、ステップと、
ｃ）前記Ｘ線画像データの前記取得時間中、時間変動するＸ線管電流を提供するステップであって、前記時間変動するＸ線管電流は、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解する時間サンプリング周波数で提供される、ステップと、
ｄ）前記時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積を決定するステップと、
ｅ）前記Ｘ線画像データの前記取得時間の間、前記Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定するステップであって、前記実効エネルギー・スペクトルは、前記時間変動するＸ線管電流と前記時間間隔との前記少なくとも１つの積の関数として、及び前記Ｘ線管の電圧の関数として決定される、ステップと、
ｆ）少なくとも１つの物体関係量を、前記Ｘ線画像データの関数として、及び前記実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するステップと、
ｈ）前記物体関係量を表すデータを出力するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
処理装置によって実行されたときに請求項９に記載の方法を実行する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置を制御するためのコンピュータ・プログラム、及び／又は、処理装置によって実行されたときに請求項１０に記載の方法を実行する、請求項８に記載のシステムを制御するためのコンピュータ・プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータ・プログラムを記憶した、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトル（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を決定する装置、Ｘ線画像データに基づいて物体に関係する量（ｏｂｊｅｃｔ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｑｕａｎｔｉｔｙ）（以後、物体関係量）を決定するシステム、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する方法、及びＸ線画像データに基づいて物体関係量を決定する方法、並びにコンピュータ・プログラム要素及びコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代のＸ線画像化は、画像を取得する際にスペクトル感度を有する検出器（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）（以後、スペクトル感度検出器）が使用される「Ｘ線カラーズ（Ｘ−ｒａｙ  ｃｏｌｏｕｒｓ）」を見据えている。この画像化は、スペクトル積分検出器（ｓｐｅｃｔｒｕｍ−ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を使用する伝統的な「グレースケール」画像化と対照をなす。スペクトル上で異なる重みが付けられた情報を同じ画像視野から得ることができることにより、広く論じられているよく知られた新しい診断特徴、例えば物質分離（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）、物質認識（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）、ビーム・ハードニング補正（ｂｅａｍ  ｈａｒｄｅｎｉｎｇ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）及び定量的画像化（ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）が可能になる。
【０００３】
スペクトル画像化のためには、照射Ｘ線スペクトルが正確に分かっていることが必要である。スペクトル変動、例えば高エネルギーＸ線光子と低エネルギーＸ線光子との比の変動は、たとえ非常に小さくても、物質分離のような診断特徴において重大なアーチファクトを生じさせる。
【０００４】
通常は、較正手順中に正確な管スペクトルが測定されるが、非常に短い時間尺度でスペクトルに影響を与える多くの影響が存在し、それらの影響を、実際の画像化処理中に考慮することはできない。例えば、画像化手順中に印加管電圧がドリフトしたり、又は異なる強度の電圧リプル（ｒｉｐｐｌｅ）が生じたりすることがあり得る。
【０００５】
ＵＳ２０１４／００１４８２８Ａ１は、断層撮影画像化システムの適応較正（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）のための方法及びシステムを記載している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｘ線画像を生成する特定の期間（ｔｉｍｅ  ｐｅｒｉｏｄ）中のＸ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定し、それによりＸ線画像の時間スペクトル変動を補正することを可能にする改良された技法、又は、特定のスペクトルを直接に使用して、例えば被検査物体の物質組成若しくは特定の物質濃度のような物体の特定の特性を導き出す改良された技法があれば有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のこの課題は、独立請求項の主題によって解決される。従属請求項には追加の実施形態が含まれている。以下で説明する本発明の諸態様は、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する装置、Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定するシステム、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する方法、Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定する方法、並びにコンピュータ・プログラム要素及びコンピュータ可読媒体にも当てはまることに留意すべきである。
【０００８】
第１の態様によれば、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する装置が提供される。この装置は、
−  入力ユニットと、
−  処理ユニットと
を備える。
【０００９】
入力ユニットは、或る期間の間、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を処理ユニットに提供するように構成されている。この時間変動する加速電圧は、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数（ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で提供される。入力ユニットはさらに、前記期間の間、時間変動するＸ線管電流を処理ユニットに提供するように構成されている。この時間変動するＸ線管電流は、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される。処理ユニットは、時間変動するＸ線管電流と時間間隔（ｔｉｍｅ  ｉｎｔｅｒｖａｌ）との少なくとも１つの積を決定するように構成されている。処理ユニットはさらに、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積の関数として、及びＸ線管の電圧の関数として決定するように構成されている。
【００１０】
このようにすると、異なる期間の間、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定することができる。言い換えると、異なる期間にわたって、スペクトルＸ線画像の取得においてＸ線管が使用されているときに、それらのそれぞれの期間の間のＸ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定することができる。次いで、異なる期間と期間との間でエネルギー・スペクトルが変動するような態様でＸ線管の特性が変動する場合、それらの異なる期間のＸ線管の実効エネルギー・スペクトルを使用して、スペクトル的に依存する取得されたＸ線画像を補正することができる。別の言い方をすれば、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定することにより、異なるエネルギー・スペクトルを有するＸ線をＸ線管が放出しているときの異なる時間に取得されたＸ線画像を、それらのＸ線画像が、そのスペクトル出力を変化させなかったＸ線管を用いて取得されたように見えるような態様で、補正又は正常化することができる。さらに、これに対応して決定されたＸ線スペクトルに従って、追加のデータ処理ステップが、関心の特定の物体特性の正確さの向上を明らかにするような態様で、そのＸ線画像を解釈することができる。
【００１１】
一例では、時間変動する加速電圧は、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される。
【００１２】
一例では、時間変動するＸ線管電流は、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される。
【００１３】
言い換えると、Ｘ線管の電圧及び電流の時間リプルを分解し、考慮することができる。このようにすると、Ｘ線管の放出スペクトルの関連する時間変化につながる電圧リプル及び電流リプルを分解することができ、このようにすると、画像取得中のＸ線管出力の時間変動するスペクトルを考慮することができ、それにより画像を適切に補正することができる。
【００１４】
一例では、時間変動する加速電圧及び／又は時間変動するＸ線管電流は、モデル化（ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ）に基づいて決定される。
【００１５】
一例では、時間変動する加速電圧及び／又は時間変動する管電流は、相関関係を有する量（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ）を測定することによって導き出される。
【００１６】
一例では、時間間隔にわたって、時間変動するＸ線管電流が離散値（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｖａｌｕｅ）を有し、前記時間間隔にわたって、時間変動する加速電圧が離散値を有し、前記少なくとも１つの積が、Ｘ線管電流の離散値と前記時間間隔との積として決定され、この積が、加速電圧の離散値と関係づけられる。
【００１７】
このようにすると、連続的に変動する電圧及び電流が、固定された長さの時間間隔に適用することができる離散値として設定され、それにより、それらの離散値は、実効エネルギー・スペクトルを決定することを可能にする。
【００１８】
一例では、処理ユニットは、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積のヒストグラムを、Ｘ線管の電圧の関数として決定するように構成されており、処理ユニットが、実効エネルギー・スペクトルを、このヒストグラムの関数として決定するように構成されている。
【００１９】
このようにすると、処理が単純化される。一例では、電圧間隔に対してヒストグラム値が計算され、このヒストグラム値が、全てのＸ線管電流の和に、時間変動する電圧がその電圧間隔内で見られる時間間隔を乗じたものを表す。言い換えると、一例では、このヒストグラムが、特定の電圧幅の次第に増大するいくつかの電圧セグメントからなる。それらの電圧セグメントが等しい電圧間隔を有している必要はない。最初の電圧間隔について、この間隔内の電圧が、その期間の初期、中期及び後期において時間変動する加速電圧であることがある。これらの加速電圧ごとに、初期、中期及び後期の関連Ｘ線管電流にサンプリング時間間隔を乗じ、それらの和をとる。次いで、２番目の電圧間隔、３番目の電圧間隔などに対してこの操作を実行する。
【００２０】
このようにすると、加速電圧及び関連するＸ線管電流が生じる照射中の時間ステップごとに、適当なヒストグラム電圧ビン（ｂｉｎ）が決定され、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを生成することができるようにするのに、（Ｘ線管電流を）ヒストグラム値に加算する１回の加算を実行するだけですむ。これは、計算上効率的である。
【００２１】
一例では、処理ユニットは、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを、Ｘ線管スペクトル関数の関数として決定するように構成されている。
【００２２】
一例では、入力ユニットは、Ｘ線管から発生したＸ線を利用して取得期間にわたって取得された物体のＸ線画像データを処理ユニットに提供するように構成されており、処理ユニットが、Ｘ線画像データの取得期間の間のＸ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定するように構成されており、処理ユニットが、少なくとも１つの物体関係量を、Ｘ線画像データの関数として、及び実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するように構成されている。
【００２３】
ここで、「Ｘ線画像データ」は、単一の「Ｘ線減衰」画像とすることができるが、同時に取得された一組の画像、例えばエネルギー分離式の光子計数検出器の場合の特定のエネルギー間隔に対する光子計数率（ｐｈｏｔｏｎ  ｃｏｕｎｔ  ｒａｔｅ）とすることもできる。
【００２４】
このようにすると、スペクトルＸ線画像の正確さを、画像データから導き出された物体関係量に基づいて向上させることができる。
【００２５】
一例では、この物体関係量は、基準スペクトル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を有するＸ線管に関して取得されたときに得られるであろう画像である。その場合、その画像は「補正された」と考えることができる。
【００２６】
このようにすると、一定の基準エネルギー・スペクトルを放出するＸ線管を用いて測定したときに得られるであろう、補正されたスペクトルＸ線画像を決定することができる。このことは、取得された全ての画像を、あたかもそれらの画像が一定の基準エネルギー・スペクトルを生み出すように動作するＸ線管を用いて取得したものであるかのように補正することができることを意味する。別の言い方をすれば、Ｘ線管の出力特性の変動の影響を特定のＸ線管に関して考慮することができ、異なるＸ線管を、それらのＸ線管が全て一定の基準エネルギー・スペクトルで動作しているように見えるような態様で補正することができる。
【００２７】
一例では、この物体関係量は、以下のうちの１つの量である：
−  基準エネルギー・スペクトルで取得されたときに得られるであろうＸ線画像データ
−  単色Ｘ線放射で取得されたときに得られるであろうＸ線画像データ
−  基準スペクトル又は単色Ｘ線放射を指す取得された画像データの重み付けされた加算又は重み付けされた減算によって生成されたＸ線画像データ
−  被検査物体の特性の２次元又は３次元表現。この特性は、物体の長さ、質量密度、１つの物質若しくは物質の混合物の特定の濃度、元素の平均原子規則度（ｍｅａｎ  ａｔｏｍｉｃ  ｏｒｄｅｒ）を表す量、Ｘ線減衰を表す量、又は光電効果、コンプトン散乱（Ｃｏｍｐｔｏｎ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）若しくは干渉性散乱（ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）による減衰のようなＸ線減衰の態様を表す量を特徴づける。
【００２８】
一例では、処理ユニットは、物体を貫く少なくとも１つの長さを、実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するように構成されている。
【００２９】
一例では、処理ユニットは、物体を貫く少なくとも１つの長さの関数として、及び基準エネルギー・スペクトルの関数としてＸ線画像を補正するように構成されている。
【００３０】
一例では、処理ユニットは、物体を貫く少なくとも１つの長さを、Ｘ線画像の関数として、及び少なくとも１つの線形Ｘ線減衰係数（ｌｉｎｅａｒ  Ｘ−ｒａｙ  ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の関数として決定するように構成されている。
【００３１】
第２の態様によれば、Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定するシステムが提供される。このシステムは、
−  Ｘ線管を備える画像取得ユニットと、
−  電圧取得ユニットと、
−  電流取得ユニットと、
−  Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する、第１の態様及び任意の関連する例に基づく装置と、
−  出力ユニットと
を備える。
【００３２】
画像取得ユニットは、物体のＸ線画像データを入力ユニットに提供するように構成されており、このＸ線画像データは、取得時間にわたって取得される。電圧取得ユニットは、Ｘ線画像データの取得時間中、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を入力ユニットに提供するように構成されている。電流取得ユニットは、Ｘ線画像データの取得時間中、時間変動するＸ線管電流を入力ユニットに提供するように構成されている。装置は、Ｘ線画像データの取得時間の間、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定するように構成されている。処理ユニットは、少なくとも１つの物体関係量を、Ｘ線画像データの関数として、及び実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するように構成されている。出力ユニットは、物体関係量を表すデータを出力するように構成されている。
【００３３】
一例では、処理ユニットは、物体を貫く少なくとも１つの長さを、実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するように構成されている。
【００３４】
一例では、処理ユニットはさらに、Ｘ線画像を、物体を貫く少なくとも１つの長さの関数として、及び基準エネルギー・スペクトルの関数として補正するように構成されている。
【００３５】
一例では、出力ユニットは、補正されたＸ線画像を表すデータを出力するように構成されている。
【００３６】
第３の態様では、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する方法が提供される。この方法は、
ａ）或る期間の間、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を提供するステップであって、この時間変動する加速電圧は、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される、ステップと、
ｂ）前記期間の間、時間変動するＸ線管電流を提供するステップであって、この時間変動するＸ線管電流は、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される、ステップと、
ｃ）時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積を決定するステップと、
ｅ）Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積の関数として、及びＸ線管の電圧の関数として決定するステップとを含む。
【００３７】
第４の態様では、Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定する方法が提供される。この方法は、
ａ）物体のＸ線画像データを提供するステップであって、このＸ線画像データは、取得時間にわたって取得される、ステップと、
ｂ）Ｘ線画像データの取得時間中、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を提供するステップであって、この時間変動する加速電圧は、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される、ステップと、
ｃ）Ｘ線画像データの取得時間中、時間変動するＸ線管電流を提供するステップであって、この時間変動するＸ線管電流は、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される、ステップと、
ｄ）時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積を決定するステップと、
ｅ）Ｘ線画像データの取得時間の間、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定するステップであって、この実効エネルギー・スペクトルは、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積の関数として、及びＸ線管の電圧の関数として決定される、ステップと、
ｆ）少なくとも１つの物体関係量を、Ｘ線画像データの関数として、及び実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するステップと、
ｈ）物体関係量を表すデータを出力するステップとを含む。
【００３８】
一例では、この方法が、Ｘ線画像データを、実効エネルギー・スペクトルの関数として補正するステップｇ）を有する。
【００３９】
一例では、この方法が、物体を貫く少なくとも１つの長さを、実効エネルギー・スペクトルの関数として決定すること、及びＸ線画像データを、物体を貫く少なくとも１つの長さの関数として、及び基準エネルギー・スペクトルの関数として補正することを含む。
【００４０】
一例では、この方法が、補正されたＸ線画像データを表すデータを出力することを含む。
【００４１】
別の態様によれば、上で説明した装置を制御するコンピュータ・プログラム要素が提供される。このコンピュータ・プログラム要素は、このコンピュータ・プログラム要素が処理ユニットによって実行されたときに、上で説明した方法のステップを実行するように適合されている。
【００４２】
別の態様によれば、上で説明したコンピュータ要素を記憶したコンピュータ可読媒体が提供される。
【００４３】
有利には、上記の態様及び例のいずれかによって提供される利益は、他の全ての態様及び例によっても等しく提供される。逆もまた同様である。
【００４４】
上記の態様及び例は、以下で説明する実施形態から明白になり、以下で説明する実施形態を参照することによって解明される。
【００４５】
以下では、例示的な実施形態を、以下の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する装置の例の概略的な構成を示す図である。
【図２】Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定するシステムの例の概略的な構成を示す図である。
【図３】Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する方法を示す図である。
【図４】Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定する方法を示す図である。
【図５】３０ｋＶから１７０ｋＶの間の異なるＸ線管加速電圧に対するモデル化されたＸ線スペクトルの例を示す図である。
【図６】Ｘ線管の実効スペクトルを決定する詳細なワークフローを概略的に示す図である。
【図７】画像補正を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、Ｘ線管２０の実効エネルギー・スペクトルを決定する装置１０を示す。この装置は、入力ユニット３０及び処理ユニット４０を備える。入力ユニット３０は、或る期間の間、Ｘ線管２０の時間変動する加速電圧を処理ユニット４０に提供するように構成されている。入力ユニット３０はさらに、その期間の間、時間変動するＸ線管電流を処理ユニット４０に提供するように構成されている。処理ユニット４０は、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積を決定するように構成されている。処理ユニット４０はさらに、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積の関数として、及びＸ線管の電圧の関数として決定するように構成されている。
【００４８】
以下の議論では、スペクトルＸ線画像は、スペクトル感度Ｘ線検出器とともに動作している広帯域Ｘ線源を用いて取得したＸ線画像である。一例では、このスペクトル感度Ｘ線検出器は、Ｘ線光子の特定のしきいエネルギーよりも高いエネルギーで計数された単一のＸ線検出事象の数を提供する検出器であって、それによって前記特定のしきい値間のエネルギー間隔に割り当てられたＸ線光子を計数することを可能にする検出器である。したがって、或る期間内にＸ線源によって放出された前記エネルギー間隔内の当初の光子の数を決定し、その数を、検査対象物体を通り抜けた後に測定された光子の数と比較することによって、スペクトルに依存したその物体のＸ線減衰について結論を得ることが可能であり、したがって、これにより、被検査物体の物質組成についての結論を得ることができる。言い換えると、この検出器を、１つのエネルギー間隔に含まれるかどうかに基づいて入射光子を計数する光子計数検出器とすることができる。別の言い方をすれば、この検出器によって、「光子エネルギー」に対する「カウント数」のヒストグラム分布が生成される。
【００４９】
一例によれば、時間変動する加速電圧は、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解するように構成されたサンプリング周波数で提供される。
【００５０】
一例によれば、時間変動するＸ線管電流は、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解するように構成されたサンプリング周波数で提供される。
【００５１】
一例では、電圧取得ユニットは、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を取得するように構成されている。
【００５２】
一例では、電流取得ユニットは、時間変動するＸ線管電流を取得するように構成されている。
【００５３】
別の言い方をすれば、電圧リプル及び電流リプルを分解することができるような十分に高いサンプリング周波数で、時間変動する加速電圧及び時間変動するＸ線管電流を直接に測定することができる。
【００５４】
一例によれば、時間変動する加速電圧及び／又は時間変動するＸ線管電流は、モデル化に基づいて決定される。
【００５５】
一例では、時間変動する加速電圧及び時間変動するＸ線管電流を決定するための１つ又は複数のモデルを構築するために、Ｘ線管に関する実験室実験の一部として取得された経験的データが使用される。
【００５６】
一例によれば、時間変動する加速電圧及び／又は時間変動する管電流は、相関関係を有する量を測定することによって導き出される。
【００５７】
一例では、時間変動する加速電圧及び／又は時間変動する管電流は、陰極放出電流を測定することによって間接的に導き出される。一例では、時間変動する加速電圧及び／又は時間変動する管電流は、時間分解されたＸ線束を測定することによって間接的に導き出される。
【００５８】
一例によれば、前記時間間隔にわたって、時間変動するＸ線管電流が離散値を有し、前記時間間隔にわたって、時間変動する加速電圧が離散値を有し、前記少なくとも１つの積が、Ｘ線管電流の離散値と前記時間間隔との積として決定され、この積が、加速電圧の離散値と関係づけられる。
【００５９】
一例では、前記期間は、同じ長さのいくつかの時間間隔に分割される。
【００６０】
このようにすると、連続的に変動する電圧及び電流が、固定された長さの時間間隔に適用することができる離散値として設定され、それにより、それらの離散値は、実効エネルギー・スペクトルを決定することを可能にする。
【００６１】
一例によれば、処理ユニットは、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積のヒストグラムを、Ｘ線管の電圧の関数として決定するように構成されており、処理ユニットが、実効エネルギー・スペクトルを、このヒストグラムの関数として決定するように構成されている。
【００６２】
言い換えると、一例では、このヒストグラムは、特定の電圧幅の次第に増大するいくつかの電圧セグメントからなる。それらの電圧セグメントが等しい電圧間隔を有している必要はない。最初の電圧間隔について、この間隔内の電圧が、その期間の初期、中期及び後期において時間変動する加速電圧であることがある。これらの加速電圧ごとに、初期、中期及び後期の関連Ｘ線管電流にサンプリング時間間隔を乗じ、それらの和をとる。次いで、２番目の電圧間隔、３番目の電圧間隔などに対してこの操作を実行する。以下の例はこれを説明するのに役立つ。一例では、加速電圧が１０ｋＶに設定され、公称Ｘ線管電流が１Ａに設定される。しかしながら、時間の経過とともに、以下の変動する（電圧：電流）対が直接に測定され、又はモデル化によって若しくは導き出された測定値によって決定される。これらの変動は、Ｘ線管のスペクトル出力の関連する変化につながる。この例では、サンプリング期間内で、時間の経過とともに、電圧（単位は例えばｋＶ）及び電流（単位は例えばＡ）が、これらの公称値を中心にして以下のように変動している：（１０．０５：１．００５）、（９．８２：０．９８２）、（９．８３：０．９８３）、（１０．０１：１．００１）、（９．８６：０．９８６）、（９．８７：０．９８７）、（１０．０６：１．００６）、（９．９：０．９９）、（９．８：０．９８）、（９．９３：０．９９３）、（９．９５：０．９９５）、（１０．０９：１．００９）、（９．９７：０．９９７）、（１０．０３：１．００３）、（１０．０７：１．００７）。この場合、一定の時間間隔幅Δｔについて、電圧範囲９．８〜９．８４９のヒストグラム値はΔｔ×（０．９８＋０．９８２＋０．９８３）となり、電圧範囲９．８５〜９．８９９のヒストグラム値はΔｔ×（０．９８６＋０．９８７）となり、電圧範囲９．９〜９．９４９のヒストグラム値はΔｔ×（０．９９＋０．９９３）となり、電圧範囲９．９５〜９．９９９のヒストグラム値はΔｔ×（０．９９５＋０．９９７）となり、電圧範囲１０．０〜１０．０４９のヒストグラム値はΔｔ×（１．００１＋１．００３）となり、電圧範囲１０．０５〜１０．０９９のヒストグラム値はΔｔ×（１．００５＋１．００６＋１．００７＋１．００９）となる。
【００６３】
一例では、Ｘ線照射中の電圧変動を十分な分解能及び範囲でサンプリングすることができるように、ヒストグラム・ビンの総数及び幅が選択される。
【００６４】
一例によれば、処理ユニットは、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを、Ｘ線管スペクトル関数の関数として決定するように構成されている。
【００６５】
一例では、この管スペクトル関数は、１つの立体角の中に放出された単位時間及び単位管電流当たりの１エネルギー・ビンごとの光子を、Ｘ線エネルギーの関数として表す。一例では、この管スペクトル関数は、実験に基づく較正によって決定され、又は理論的なモデル化によって決定される。言い換えると、この管スペクトル関数は、固定された異なる加速電圧について、Ｘ線管の放射束がエネルギーの関数としてどのように変動するのかを表す。
【００６６】
一例では、この装置を、医療用Ｘ線画像化又は医療用Ｘ線画像表示において使用することができ、例えば、この装置を、Ｘ線のスペクトル情報を利用するＣアームＸ線画像システム又はＣＴ  Ｘ線画像システムで使用することができる。一例では、この装置を、非医療用Ｘ線画像化又は非医療用Ｘ線画像表示において使用することができ、例えば、この装置を、非破壊検査システム又はスクリーニング・システム、例えば空港手荷物スクリーニング・システムで使用することができる。
【００６７】
一例では、この装置を、トモシンセシス画像化（ｔｏｍｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｉｍａｇｉｎｇ）又はトモシンセシス画像表示（ｉｍａｇｅ  ｄｉｓｐｌａｙ）において使用することができる。一例では、この装置を、胸部トモシンセシス画像化又は胸部トモシンセシス画像表示において使用することができる。一例では、この装置を、ディジタル・トモシンセシス画像化又はディジタル・トモシンセシス画像表示において使用することができる。
【００６８】
以下では、用語「スペクトル情報」について述べる。現行の慣例では、「スペクトル情報」が、（物体を透過する空間投影ごとに）少なくとも２つの測定値が取得され、それらのそれぞれの値が個別にそのエネルギー・スペクトルに依存することを意味する（それらのそれぞれの値を、特定の重み付け関数を用いたスペクトル積分とみなすことができる）。スペクトル情報は、単一の値で単一の（重み付けされた）積分スペクトルだけが決定される「非スペクトル情報」から区別されなければならない。現在、Ｘ線システムの大部分が「非スペクトル」システムである。本明細書に記載された装置は、スペクトル・システム及び非スペクトル・システムに適用可能である。この装置が「非スペクトル」システムに対して適用可能であるのは、取得される「投影ごとの１つの信号」が依然としてスペクトルに依存するためである。しかしながら、放出エネルギー範囲にわたってＸ線光子が明示的に使用されるため、記載された装置の適用可能性は、「スペクトル」システムに対してより顕著である。
【００６９】
一例によれば、入力ユニットは、Ｘ線管から発生したＸ線を利用して取得期間にわたって取得された物体のＸ線画像データを処理ユニットに提供するように構成されており、処理ユニットが、Ｘ線画像データの取得時間の間、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定するように構成されており、処理ユニットが、少なくとも１つの物体関係量を、Ｘ線画像データの関数として、及び実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するように構成されている。
【００７０】
一例によれば、この物体関係量は、以下のうちの１つの量である：
−  基準エネルギー・スペクトルで取得されたときに得られるであろうＸ線画像データ
−  単色Ｘ線放射で取得されたときに得られるであろうＸ線画像データ
−  基準スペクトル又は単色Ｘ線放射を指す取得された画像データの重み付けされた加算又は重み付けされた減算によって生成されたＸ線画像データ
−  被検査物体の特性の２次元又は３次元表現。この特性は、物体の長さ、質量密度、１つの物質若しくは物質の混合物の特定の濃度、元素の平均原子規則度を表す量、Ｘ線減衰を表す量、又は光電効果、コンプトン散乱若しくは干渉性散乱による減衰のようなＸ線減衰の態様を表す量を特徴づける。
【００７１】
一例によれば、入力ユニットは、Ｘ線管から発生したＸ線を利用して取得時間にわたって取得された物体のＸ線画像を処理ユニットに提供するように構成されており、処理ユニットが、Ｘ線画像の取得時間の間、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定するように構成されている。処理ユニットはさらに、物体を貫く少なくとも１つの長さを、実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するように構成されており、処理ユニットは、Ｘ線画像を、物体を貫く少なくとも１つの長さの関数として、及び基準エネルギー・スペクトルの関数として補正するように構成されている。
【００７２】
一例では、Ｘ線画像データはＸ線画像である。
【００７３】
一例では、Ｘ線画像データは、異なるスペクトル重みを用いて取得した一組のＸ線画像である。
【００７４】
一例では、基準エネルギー・スペクトルは、そのＸ線管に対して決定された以前の実効スペクトルである。一例では、基準エネルギー・スペクトルは、類似の全てのＸ線管に対して適用することができる「理想化された」標準エネルギー・スペクトルである。
【００７５】
一例によれば、処理ユニットは、物体を貫く少なくとも１つの長さを、Ｘ線画像の関数として、及び少なくとも１つの線形Ｘ線減衰係数の関数として決定するように構成されている。
【００７６】
一例では、物体は、一様な物質（例えば密度が等しい水）からなると仮定され、物体を貫く少なくとも１つの長さが、物体を貫くＸ線経路上の水セグメントの少なくとも１つの累積長である。一例では、物体が、線形Ｘ線減衰係数（例えば水の線形Ｘ線減衰係数）によって特徴づけられると仮定される。このようにすると、取得されたスペクトルＸ線画像及びＸ線管の決定された実効エネルギー・スペクトルを（検出器の既知のスペクトル感度又は仮定のスペクトル感度とともに）使用して、物体を貫く長さ値を決定することができる。次いで、この長さ値を、Ｘ線管の基準エネルギー・スペクトルとともに使用してスペクトルＸ線画像を補正し、それにより、Ｘ線管がその一定の基準エネルギー・スペクトルで動作している場合に取得されるであろう画像を生成することができる。
【００７７】
図２は、Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定するシステム１００を示す。システム１００は、Ｘ線管２０を備える画像取得ユニット１１０と、電圧取得ユニット１２０と、電流取得ユニット１３０と、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する、図１を参照して説明した装置に基づく装置１０と、出力ユニット（図示せず）とを備える。画像取得ユニット１１０は、Ｘ線管２０と対向するＸ線像検出器１６０を有し、Ｘ線像検出器１６０及びＸ線管１６０を物体の周りに配置するための機械的手段が提供されている。画像取得ユニット１１０と電圧取得ユニット１２０との間に延び、次いで装置１０に達する通信ケーブル１４０、及び画像取得ユニット１１０と電流取得ユニット１３０との間に延び、次いで装置１０に達する通信ケーブル１５０が示されている。しかしながら、画像取得ユニット１１０から装置１０まで直接に延びる通信ケーブルを提供することもできる。画像取得ユニット１１０は、物体のＸ線画像データ（例えばＸ線画像）を装置１０の入力ユニット３０に提供するように構成されており、このＸ線画像データは、取得時間にわたって取得される。電圧取得ユニット１２０は、Ｘ線画像データの取得時間中、Ｘ線管２０の時間変動する加速電圧を入力ユニット３０に提供するように構成されている。電流取得ユニット１３０は、Ｘ線画像データの取得時間中、Ｘ線管２０の時間変動するＸ線管電流を入力ユニット３０に提供するように構成されている。装置１０は、Ｘ線画像データの取得時間の間、Ｘ線管２０の実効エネルギー・スペクトルを決定するように構成されている。装置１０の処理ユニット４０は、少なくとも１つの物体関係量を、Ｘ線画像データの関数として、及び実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するように構成されている。出力ユニット１６０（図示せず）は、物体関係量（例えば補正されたＸ線画像）を表すデータを出力するように構成されている。
【００７８】
一例では、処理ユニット４０は、物体を貫く少なくとも１つの長さを、実効エネルギー・スペクトルの関数として決定するように構成されている。
【００７９】
一例では、処理ユニット４０は、Ｘ線画像を、物体を貫く前記少なくとも１つの長さの関数として、及び基準エネルギー・スペクトルの関数として補正するように構成されている。
【００８０】
一例では、画像取得ユニットは、Ｘ線画像化装置、例えばＣアーム装置又はＣＴ装置又はトモシンセシス装置を備える。
【００８１】
図３は、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する方法２００の基本ステップを示す。この方法は以下のステップを有する。
【００８２】
ステップａ）とも呼ばれる第１の提供ステップ２１０では、或る期間の間、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を提供する。
【００８３】
ステップｂ）とも呼ばれる第２の提供ステップ２２０では、その期間の間、時間変動するＸ線管電流を提供する。
【００８４】
ステップｃ）とも呼ばれる第１の決定ステップ２３０では、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積を決定する。
【００８５】
ステップｅ）とも呼ばれる第２の決定ステップ２５０では、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積の関数として、及びＸ線管の電圧の関数として決定する。
【００８６】
一例では、時間変動する加速電圧が、少なくともいくつかの時間変動する電圧リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される。一例では、時間変動するＸ線管電流が、少なくともいくつかの時間変動する電流リプルを分解するように構成された時間サンプリング周波数で提供される。一例では、時間変動する加速電圧及び時間変動するＸ線管電流が、モデル化に基づいて決定される。一例では、時間変動する加速電圧及び／又は時間変動する管電流が、相関関係を有する量を測定することによって導き出される。
【００８７】
一例では、前記時間間隔にわたって、時間変動するＸ線管電流が離散値を有し、前記時間間隔にわたって、時間変動する加速電圧が離散値を有し、前記少なくとも１つの積が、Ｘ線管電流の離散値と前記時間間隔との和として決定され、この和が、加速電圧の離散値に関係づけられる。
【００８８】
一例では、この方法は、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積のヒストグラムを、Ｘ線管の電圧の関数として決定するステップｄ）２４０を有し、ステップｅ）が、実効エネルギー・スペクトルを、このヒストグラムの関数として決定することを含む。
【００８９】
一例では、ステップｅ）は、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを、Ｘ線管スペクトル関数の関数として決定することを含む。
【００９０】
一例では、この方法は、Ｘ線管から発生したＸ線を利用して取得時間にわたって取得された物体のＸ線画像を提供することを含む。この方法はさらに、Ｘ線画像の取得時間の間、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定すること、及び物体を貫く少なくとも１つの長さを、実効エネルギー・スペクトルの関数として決定することを含む。この方法はさらに、このＸ線画像を、物体を貫く前記少なくとも１つの長さの関数として、及び基準エネルギー・スペクトルの関数として補正することを含む。
【００９１】
一例では、この方法は、物体を貫く前記少なくとも１つの長さを、Ｘ線画像の関数として、及び少なくとも１つの線形Ｘ線減衰係数の関数として決定することを含む。
【００９２】
図４は、Ｘ線画像データに基づいて物体関係量を決定する方法の基本ステップを示す。この方法は以下のステップを有する。
【００９３】
ステップａ）とも呼ばれる第１の提供ステップ３１０では、物体のＸ線画像データを提供する。このＸ線画像データは、取得時間にわたって取得される。
【００９４】
ステップｂ）とも呼ばれる第２の提供ステップ３２０では、Ｘ線画像データの取得時間中、Ｘ線管の時間変動する加速電圧を提供する。
【００９５】
ステップｃ）とも呼ばれる第３の提供ステップ３３０では、Ｘ線画像データの取得時間中、時間変動するＸ線管電流を提供する。
【００９６】
ステップｄ）とも呼ばれる第１の決定ステップ３４０では、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積を決定する。
【００９７】
ステップｅ）とも呼ばれる第２の決定ステップ３５０では、Ｘ線画像データの取得時間の間、Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する。実効エネルギー・スペクトルは、時間変動するＸ線管電流と時間間隔との少なくとも１つの積の関数として、及びＸ線管の電圧の関数として決定される。
【００９８】
ステップｆ）とも呼ばれる第３の決定ステップ３６０では、少なくとも１つの物体関係量を、Ｘ線画像データの関数として、及び実効エネルギー・スペクトルの関数として決定する。
【００９９】
ステップｈ）とも呼ばれる出力ステップ３８０では、物体関係量を表すデータを出力する。
【０１００】
一例では、この方法は、ステップｇ）としても知られている補正ステップ３７０を有し、このステップでは、Ｘ線画像データを、実効エネルギー・スペクトルの関数として補正する。
【０１０１】
一例では、物体を貫く少なくとも１つの長さは、実効エネルギー・スペクトルの関数として決定され、ステップｇ）が、このＸ線画像データを、物体を貫く少なくとも１つの長さの関数として、及び基準エネルギー・スペクトルの関数として補正することを含む。
【０１０２】
一例では、補正されたＸ線画像を表すデータが出力される。
【０１０３】
一例では、物体を貫く少なくとも１つの長さを決定すること（３６０）は、Ｘ線画像中の減衰値を利用すること（３６２）を含む。一例では、物体を貫く少なくとも１つの長さを決定すること（３６０）が、知られている検出器スペクトル感度を利用すること（３６４）を含む。一例では、物体を貫く少なくとも１つの長さを決定すること（３６０）が、知られている物質のスペクトル線形Ｘ線減衰係数を利用すること（３６６）を含む。一例では、物体を貫く少なくとも１つの長さを決定すること（３６０）が、水のスペクトル線形Ｘ線減衰係数を利用すること（３６８）を含む。
【０１０４】
図５は、３０ｋＶから１７０ｋＶの間の異なるＸ線管加速電圧に対するモデル化されたＸ線スペクトルの例を示す。Ｘ線管の実効エネルギー・スペクトルを決定する技法であって、スペクトルＸ線画像を補正することを可能にする技法をより詳細に理解するため、図５に示されたエネルギー・スペクトルを参照してＸ線の発生過程を概説する。Ｘ線管は、電子を放出している陰極からなり、典型的な医療用途ではそれらの電子が最大１Ａの電流を有する。それらの電子は、電場の中で、陽極ターゲットに向かって加速される。陽極ターゲットは通常、例えばタングステン又はモリブデンのような高原子規則度の物質で覆われた回転ディスクである（ただしこれに限定されるわけではない）。医療用画像化のための典型的な加速電圧は１０ｋＶから１５０ｋＶの範囲にある。これに対応して、それらの自由電子は、陽極ターゲットに衝突するときに１０ｋｅＶから１５０ｋｅＶの間の運動エネルギーに達する。ターゲットにおいて、それらの電子は、ターゲット物質と相互作用し、Ｘ線光子を部分的に発生させる。これらの光子のエネルギー・スペクトルは、非常によく知られている「ブレムススペクトル（Ｂｒｅｍｓｓｐｅｃｔｒｕｍ）」に一致する。ブレムススペクトルは、文献に記載されているとおり、輪郭のはっきりしたエネルギーを有する特性放射のピークに富む。しかしながら、ブレムススペクトル放射は、図５に示されているように加速電圧に敏感に依存する。
【０１０５】
特質上、Ｘ線光子の可能な最も高いエネルギーは、入射電子のエネルギーに対応し、例えば、１００ｋＶの加速電圧に関しては、スペクトルは、正確に１００ｋｅＶのＸ線光子エネルギーで打ち切られる。加速電圧とは対照的に、陽極からの電子収集電流（以下では短くして「管電流」と言う）や照射時間のような他のＸ線管パラメータは、スペクトル分布関数に影響を及ぼさないが、Ｘ線束、すなわちエネルギーごとの光子の数を線形的にスケーリングする。具体的には、光子エネルギーＥ、加速電圧Ｖ、管電流Ｊ、時間ｔ及びＸ線放出（極）角Ωに対するＸ線束ｄＮ（Ｅ，Ｖ，Ｊ，ｔ，Ω）／ｄｔの依存性は下式のように書くことができる。
【数１】
2019502436.tif 000003
ここで、Ｊ（ｔ）及びＶ（ｔ）は、時間の関数としての管電流Ｊ及び加速電圧Ｖを示し、ｆは、例えば図５に示されているような管スペクトル関数を示す。
【０１０６】
例えば空間内に置かれたＸ線検出器要素が受け取る光子のエネルギー分解された総数Ｎ（Ｅ）を決定するためには、空間及び時間に関して光子束を積分する必要がある。
【数２】
2019502436.tif 000004
ここで、［ｔ１，ｔ２］は、Ｘ線照射間隔を示し（すなわち、ｔ２−ｔ１は検出器の画像取得時間である）、ΔΩは、Ｘ線源及び検出エリアが張る立体角である。
【０１０７】
以下では、源／検出器位置が空間的に固定されていると仮定することにより、空間積分の代わりに「管スペクトル関数」Ｆ（Ｅ，Ｖ（ｔ））が使用されるような態様で式の表記を単純化する。この後者の関数Ｆは、実験に基づく較正によって、又は例えば図５に示されているような理論的なモデル化によって、全てのＥ及びＶに対して分かっていると仮定する。
【０１０８】
後者の式を見ると、Ｊ及び／又はＶが一定でない場合、検出器が受け取る（スペクトル）分解された光子の数は、時間の非自明関数（ｎｏｎ−ｔｒｉｖｉａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であることが明らかである。たとえ一定の加速電圧及び／又は一定の管電流が提供されると予期される場合であっても、このことは実用上、どのＸ線管についても言える。これは、たとえ加速度電圧が安定していると考えられる場合であっても加速電圧上に「電圧リプル」が存在するためである。言い換えると、実際には、任意の一定の電圧は平均管電圧を指し、その平均管電圧を挟んで、ＭＨｚレジームまでのかなりの高い周波数で変調が起こり、その振幅は「任意」であり、高電圧発生装置の品質に依存する。別の言い方をすれば、実際には加速電圧は時間的に一定ではなく、平均電圧を挟んでＭＨｚ規模までの周波数で変動する。
【０１０９】
したがって、図５に戻ると、加速電圧が変動すると、Ｘ線管によって放出されるＸ線エネルギーのスペクトルの振幅が変動し、放出される最も高いエネルギーが変動し、放出されるピーク・エネルギーが変動し、特定のピーク放出特性が変動する。言い換えると、全体のエネルギー・スペクトルが加速電圧の関数として変動する。上で論じたとおり、加速電圧は、定電圧であると考えられるものであっても電圧リプルを受け、電圧リプルが生じるとスペクトルが変動する。
【０１１０】
したがって、実際には、特性が変動する実際のＸ線管に関するＮ（Ｅ）は、異なる（一定の）電圧Ｖに対するスペクトルＦ（Ｅ，Ｖ）の加重和を含む実効スペクトルを表す。言い換えると、加速電圧が変動するとき、或る期間にわたる実際の放出エネルギー・スペクトルは、わずかに異なる加速電圧を表すわずかに異なる全てのエネルギー・スペクトルの和となる。これによって、スペクトル中の最も高いエネルギーは打ち切られ、鋭い輪郭は持たず平滑化され、積分Ｘ線強度は、電圧リプルの振幅に非線形的に依存する。この非線形性は、たとえ同じ「平均」管電圧であっても、その平均を挟んだ異なるリプル振幅に対して異なる全Ｘ線強度が観察されることを意味する。
【０１１１】
Ｘ線束が準連続的（ｑｕａｓｉ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ）には提供されず、検出器サンプル時間中に起こるＶ（ｔ）及び／又はＪ（ｔ）のパルスによって提供される場合には、パルスの立上りエッジ及び立下りエッジも全Ｘ線照射に寄与するため、状況はよりいっそう複雑になる。
【０１１２】
Ｖ及びＪに対して平均を使用することと比較してエネルギー・スペクトル変動を補正することを可能にする実効スペクトルを得るためには、時間依存性Ｖ（ｔ）及びＪ（ｔ）を決定する必要がある。
【０１１３】
１つの可能性は、これらの量を、例えば研究室実験の経験的な知見に基づいてモデル化することである。しかしながら、実際にはこれは複雑な作業であり、許容される結果を得る目的には使用可能な情報が十分でないことがしばしばある。
【０１１４】
しかしながら、電圧リプル及び電流リプルを分解することができるような十分に高い時間サンプリング周波数で関数Ｖ（ｔ）及びＪ（ｔ）を直接に測定することによっても、実効スペクトルを決定することができる。言い換えると、適当な高い周波数で電圧及び電流を取得又は測定するユニットが使用される。その場合、これらの連続関数は、時刻ｔｉにおいてサンプリングされた一連の離散値Ｖｉ及びＪｉとなり、好ましくは、幅Δｔの時間間隔が等距離である。この場合、上記の積分は、下式の離散した和の形で書くことができる。
【数３】
2019502436.tif 000005
【０１１５】
実際には、関数Ｖ（ｔ）及びＪ（ｔ）が高い周波数でサンプリングされる場合であって、前記和が処理ユニットによって直接に計算される場合には、高データ量の記憶に関して又は高いデータ処理労力に関して問題が生じ得る。したがって、電圧及び電流を適当に取得すれば、このやり方で、Ｘ線管のエネルギー・スペクトル変動を決定することができ、それにより、Ｘ線スペクトルに依存する物体関係量を、時間平均スペクトルだけが仮定される場合に比べてより正確に導き出すことができる。
【０１１６】
図６は、特定の例においてこの処理の単純化が実効スペクトルの決定をどのように可能にするのかを示す詳細なワークフローを示す。時系列が完全には記憶されず、その代わりにサンプリングされた値のヒストグラムが生成される場合にこの処理労力の単純化は可能である。図６には、例示的な「管負荷ヒストグラム（Ｔｕｂｅ  ｌｏａｄ  ｈｉｓｔｏｇｒａｍ）」が示されている。この場合、ヒストグラム値ｈｋは、割り当てられた電圧Ｖｋを中心とする小さな電圧間隔ΔＶ内においてサンプリングされた電圧Ｖｉが見つかった全ての電流Ｊｉの和を表す。ヒストグラム・ビンの総数及び幅は、Ｘ線照射中の電圧変動を十分な分解能及び範囲でサンプリングすることができるように選択することができる。詳細には、このヒストグラム・サンプリングは以下のように機能する：
全てのｋについてｈｋ＝０を設定することによってヒストグラムを初期化する。
時刻ｔｉに、一対のＶｉ及びＪｉをサンプリングする。
測定されたＶｉについて、ヒストグラム・インデックスｋを見つける。
ｋ番目のヒストグラム・ビンｈｋに値Ｊｉを加算する。
【０１１７】
それぞれのｋは、スペクトルＦｋ（Ｅ）＝Ｆ（Ｅ，Ｖｋ）によって表され、ｋｉを、測定された電圧Ｖｉに属するビン・インデックスと定義すると、
【数４】
2019502436.tif 000006
となり、
【数５】
2019502436.tif 000007
である。
【０１１８】
ここでは、サンプル時間間隔Δｔが一定であると仮定するが、より一般的な下式において、変動する時間間隔Δｔｉを使用することもできる。
【数６】
2019502436.tif 000008
【数７】
2019502436.tif 000009
【０１１９】
このヒストグラム法の利点は、時間ステップごとに、１回の加算だけを実行すればよく、後にＸ線スペクトルを導き出すことを可能にするのに、検出器の照射ごとに、最終的なヒストグラム・アレイだけを記憶すればよいことである。
【０１２０】
言い換えると、図５及び図６を参照すると、図６のヒストグラムは、画像取得期間にわたって、Ｘ線管の特定の加速電圧がどれくらいの周波数で又は何回、存在したのかを示し、図５を参照すると、その電圧に対するエネルギー・スペクトルの形状が分かる。次いで、ヒストグラムの電圧ビンごとに、関連するわずかに異なるエネルギー・スペクトルが分かる。次いで、その電圧ビンについて、これらを足し合わせるが、管電流×時間（ヒストグラムの高さ）によって重み付けすることができる。これは、以前に論じたとおり、電流は、固定された電圧でスペクトルの形状を変化させず、その強度だけを変化させるためである。
【０１２１】
画像補正
画像を補正する際に、Ｘ線スペクトルについてのより十分な知識をどのように使用することができるのかを示すため、Ｘ線ビーム内の検査対象物体によって信号がどのように生成されるのかを考える。可能な（スペクトル感度）画像取得法及びそれらの電流補正の全てを概観することは本明細書の範囲外であり、そのため、最新技術の文献を参照し、ここでは特定の１つの例を説明することを述べておく。Ｘ線信号取得のごく一般的な式は以下のとおりである。
【数８】
2019502436.tif 000010
ここで、Ｓは、特定の検出器ピクセルに対する信号を示し（画像全体に対しては、どのピクセルを検討しているのかを示すインデックスを追加する必要があるが、以下ではこれが省略される）、Ｎ（Ｅ）は、（前のセクションで示した）管によって放出される実効なスペクトルであり、Ｄ（Ｅ）は、スペクトル検出器感度、すなわちエネルギーＥの光子が信号に寄与する効率を記述する重み付け関数であり、Ａ（Ｅ）は、物体減衰関数である。
【０１２２】
例えば、理想的なエネルギー積分検出器（例えばシンチレータ検出器）では、Ｄ（Ｅ）＝Ｅが仮定される。このことは、光子の全エネルギーが信号に変換されることを示す。理想的な光子計数検出器では、Ｄ（Ｅ）＝１が仮定される。理想的にエネルギーを区別する光子計数検出器では、２つ以上のいくつかの信号Ｓｉが生成され、それぞれの信号Ｓｉは、その個々のスペクトル感度関数Ｄｉ（Ｅ）を有する。Ｄｉ（Ｅ）は矩形関数であり、すなわち、Ｅが、検討しているエネルギー間隔内にある場合、Ｄｉ（Ｅ）＝１であり、Ｅが、検討している同じエネルギー間隔の外にある場合、Ｄｉ（Ｅ）＝０である。
【０１２３】
物体減衰関数は、物体内の物質配列の複雑な関数である。Ｘ線ビームの経路が、経路
【数９】
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によってパラメータ化されると仮定すると、物体減衰関数は、下式によって記述することができる。
【数１０】
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ここで、
【数１１】
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は、経路
【数１２】
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に沿ったエネルギー依存性線形Ｘ線減衰係数である。
【０１２４】
次に、単純化を考える。物体が密度の等しい水からなると仮定すると、この指数積分を下式に単純化することができる。
【数１３】
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ここで、μ（Ｅ）は、水の線形Ｘ線減衰係数、Ｌは、Ｘ線経路上の水セグメントの累積長である。減衰関数は下式となり、
Ａ（Ｅ）＝ｅｘｐ（−μ（Ｅ）・Ｌ）
取得されるＸ線信号は下式となる。
【数１４】
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【０１２５】
ここで論じた発明を使用しない場合、Ｎ（Ｅ）は、一定の信号Ｓを生成する静的基準スペクトルであると仮定される（以下ではＮｒｅｆ（Ｅ）及びＳｒｅｆと呼ぶ）。しかしながら、実際に測定される実効スペクトル（以下ではＮｍｅａｓ（Ｅ）と呼ぶ）は、例えば変動するリプル電圧によって、Ｎｍｅａｓ（Ｅ，ｔ）＝Ｎｒｅｆ（Ｅ）＋ΔＮ（Ｅ，ｔ）と書くことができるような態様で崩されていることがある。ここで、ΔＮ（Ｅ，ｔ）は、スペクトルの時間変動を記号で表したものである。したがって、測定される実際の信号は以下のようになる。
【数１５】
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【０１２６】
見て分かるとおり、このスペクトルに関しては、この信号はさらに、変動ΔＳ（ｔ）を有する時間依存信号となる。量ΔＮ（Ｅ，ｔ）が分からなければ、結果を補正することはできず、画像取得において追加の雑音が生じることになる。
【０１２７】
本明細書で提案する発明を使用すれば、実際の実効スペクトルＮｍｅａｓ（Ｅ，ｔ）（したがって時間スペクトル変動ΔＮ（Ｅ，ｔ））を測定し、それらを、例えば一定の基準スペクトルＮｒｅｆ（Ｅ）で測定したときのような画像が生成されるような態様での補正に使用することができる。
【０１２８】
これに関して、Ｄ（Ｅ）が分かっていると仮定した２ステップ法を適用することができる。例えば、Ｄ（Ｅ）は、検出器較正及びμ（Ｅ）から、ここでは物質水から分かっており、当業者によく知られている文献からとられる。
【０１２９】
ステップ１：測定値Ｓｍｅａｓに関して、下式を数値的に解くことによって水の厚さＬを決定する。
【数１６】
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（ここでは、Ｓ（ｔ）が、Ｌに関して厳密に単調な関数であることが役立つ。）
【０１３０】
ステップ２：決定されたＬの値を、定義された基準スペクトルＮｒｅｆ（Ｅ）とともに使用して、補正された値Ｓｃｏｒｒを、下式によって計算する。
【数１７】
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【０１３１】
画像補正を示す図が図７に示されている。
【０１３２】
上記の単純化された例を要約すると、特定の画像フレームの取得中に印加された管電圧のヒストグラムを生成する装置及び方法が提供され、このヒストグラムは、実効Ｘ線照射スペクトルを導き出すために使用され、この実効Ｘ線照射スペクトルを、取得されたスペクトル画像の補正に使用することができる。
【０１３３】
別の例示的な実施形態では、コンピュータ・プログラム又はコンピュータ・プログラム要素が提供される。このコンピュータ・プログラム又はコンピュータ・プログラム要素は、上記の実施形態のうちの１つの実施形態に基づく方法の方法ステップを適当なシステム上で実行するように構成されていることを特徴とする。
【０１３４】
したがって、このコンピュータ・プログラム要素は、コンピュータ・ユニット上に記憶されていることがあり、このコンピュータ・ユニットは一実施形態の部分であることがある。このコンピューティング・ユニットを、上で説明した方法のステップを実行するように、又は上で説明した方法のステップの実行を誘起するように構成することができる。さらに、このコンピューティング・ユニットを、上で説明した装置の構成要素を動作させるように構成することができる。このコンピューティング・ユニットを、自動的に動作するように構成すること、及び／又はユーザの命令を実行するように構成することができる。データ処理装置の作業メモリにコンピュータ・プログラムをロードすることができる。したがって、このデータ処理装置は、上記の実施形態のうちの１つの実施形態に基づく方法を実行するための機器を備えることができる。
【０１３５】
本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使用するコンピュータ・プログラムと、更新によって既存のプログラムから本発明を使用するプログラムに変わるコンピュータ・プログラムの両方をカバーする。
【０１３６】
さらに、このコンピュータ・プログラム要素は、上で説明した方法の例示的な実施形態の手順を履行するのに必要な全てのステップを提供することができる。
【０１３７】
本発明の他の例示的な実施形態によれば、この上のセクションに記載されたコンピュータ・プログラム要素を記憶したＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ可読媒体が提供される。
【０１３８】
コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアとともに供給され又は他のハードウェアの一部として供給された光学記憶媒体又は固体媒体などの適当な媒体上に記憶することができ、且つ／又は分散させることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムなどを介して別の形態で分散させることもできる。
【０１３９】
しかしながら、このコンピュータ・プログラムは、ワールド・ワイド・ウェブのようなネットワークを介して提供することもでき、このようなネットワークからデータ処理装置の作業メモリにダウンロードすることができる。本発明の他の例示的な実施形態によれば、コンピュータ・プログラム要素をダウンロードに供することを可能にする媒体が提供され、このコンピュータ・プログラム要素は、上で説明した本発明の実施形態のうちの１つの実施形態に基づく方法を実行するように構成されている。
【０１４０】
本発明の実施形態は、異なる主題に関して記載されていることに留意すべきである。具体的には、いくつかの実施形態は、方法型の請求項に関して記載されており、他の実施形態は、装置型の請求項に関して記載されている。しかしながら、以上の説明及び以下の説明から、特段の告知がない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組合せだけでなく、異なる主題に関する特徴間の任意の組合せも、本出願に開示されているとみなされることを、当業者は理解するであろう。しかしながら、特徴の単なる足し合わせを上回る相乗効果を提供する全ての特徴を組み合わせることができる。
【０１４１】
図面及び上記の説明において本発明を図示し、詳細に説明してきたが、そのような図示及び説明は例示又は例証のためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態だけに限定されない。当業者は、本発明を実施する際に、図面、本開示及び従属請求項を検討することによって、開示された実施形態に対する他の変形形態を理解し、実施することができる。
【０１４２】
特許請求項中では、語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」が複数を排除しない。請求項に記載されたいくつかのアイテムの機能を、単一の処理装置又は他のユニットが履行することがある。単に、あるいくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、そのことが、それらの手段の組合せを有利に使用することができないことを示しているわけではない。請求項中のどの参照符号も本発明の範囲を限定すると解釈すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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